聚丙烯纤维混凝土纤维增强作用机理研究_唐百晓.pdf

材料科技应用2023 年 2 月第 50 卷第 2 期doi:10.3969/j.issn.1001-5922.2023.02.019Vol.50 No.02，Feb.2023收稿日期:2022-04-15;修回日期:2023-01-30作者简介:唐百晓(1982-)，男，硕士，讲师，主要从事工程材料、工程支护研究;E-mail:baixiaotang2019126 com。引文格式:唐百晓 聚丙烯纤维混凝土纤维增强作用机理研究 J 粘接，2023，50(2):78-82聚丙烯纤维混凝土纤维增强作用机理研究唐百晓(安康学院，陕西 安康725000)摘要:为分析混凝土添加聚丙烯纤维后的应用效果，以水泥、粉煤灰等为材料，掺杂 0 05%、0 10%、0 15%添加量的网状聚丙烯纤维，制备聚丙烯纤维混凝土试件。试验结果表明，添加聚丙烯纤维后混凝土的抗压、抗折、抗剪强度均得到不同程度的提升;添加 0 10%纤维含量的试件在收缩时的裂缝面积、最大缝宽以及失水速率均低于普通混凝土试件;当试件经过拉伸试验后，添加聚丙烯纤维含量为 0 10%的混凝土试件拉伸应力最高;在不同高温环境下，聚丙烯纤维混凝土试件的强度、质量损失率均低于普通混凝土试件，0 10%含量混凝土试件抗渗性最高。综合试验各方面分析可知，0 10%聚丙烯纤维含量的混凝土性能最佳。关键词:聚丙烯纤维;混凝土;纤维增强;拉伸应力;抗剪强度;耐高温特性中图分类号:TU528 572;TQ342+3文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)02-0078-05Study on reinforcing mechanism of polypropylene fiber concreteTANG Baixiao(Department of Engineering Management，Ankang University，Ankang 725000，China)Abstract:In order to analyze the application effects of adding polypropylene fibers to concrete，polypropylene fiberconcrete specimens were prepared by doping 0 05%，0 10%and 0 15%of the added amount of mesh polypropyl-ene fiber with cement，fly ash and other materials The experimental results showed that the compressive，flexuraland shear strengths of concrete were improved to varying degrees after adding polypropylene fibers The crack area，maximum crack width and water loss rate of the specimens with 0 10%fiber content during shrinkage were lowerthan those of ordinary concrete specimens When the specimens were analyzed by tensile test，the tensile stress ofconcrete specimens with 0 10%polypropylene fiber content was the highest In different high temperature environ-ments，the strength and mass loss rate of polypropylene fiber concrete specimens are lower than that of ordinary con-crete specimens Comprehensive analysis of all aspects of the experiment shows that the concrete with 0 10%poly-propylene fiber content has the best performanceKey words:polypropylene fiber;concrete;fiber reinforcement;tensile stress;shear strength;high temperatureresistance混凝土是当前建筑工程中应用最广泛的材料之一，其适用范围广1;其不仅可应用在建筑工程领域，还可应用在其他方面，同时其价格相对便宜，在进行浇筑时容易成型。但是，混凝土同时存在脆性较大、强度较低等缺陷2。随着建筑行业的不断发展，混凝土基材料也随之不断优化，混凝土的强度也得到了增加，使得现代建筑能够在恶劣环境下保持稳定、安全，还能够使建筑保持重载以及大跨度等状态3。但是，若材料强度过高，同时会引起材料耐久性变差以及出现非荷87材料科技应用载裂缝问题等，导致混凝土出现脆性4。因此，如何解决脆性问题是现阶段大多学者仍在研究的问题，有学者指出，聚合物混凝土、纤维混凝土可以增强材料韧性，提高混凝土抗渗、抗蚀能力5，纤维混凝土是指采用混凝土作为基体，通过添加不同种类的纤维构成的水泥复合基材料。有较多学者对不同纤维混凝土进行了研究，例如添加聚丙烯纤维后试件的受力性能6，但该方法仅能够研究得出试件的受力情况，未详细分析材料的抗渗性等情况;研究聚丙烯纤维透水水泥混凝土受力性能7，但该研究结果不够全面，未分析材料的耐高温特性。为此，本试验研究聚丙烯纤维对混凝土性能的增强情况，分析添加聚丙烯纤维后的材料质量变化情况。1聚丙烯纤维混凝土分析1 1试验材料选用普通硅酸盐水泥作为本文试验水泥。添加材料选用粉煤灰;粗、细骨料分别选用中石、小石以及人工中粗砂。同时选取引气减水剂作为外加剂。聚丙烯纤维的材料特性如表 1 所示。表 1聚丙烯纤维材料特性Tab 1Characteristics of polypropylene fiber materials材料状态材料特性密度0 92颜色无色吸水率/%0熔点/160着火点/595弹性模量/MPa3 500耐酸碱性较高分散性较好安全性(针对人体)较高选取山东广通工程材料有限公司的网状聚丙烯纤维进行试验。分析水泥中掺入不同含量的网状聚丙烯纤维时的纤维增强作用;聚丙烯纤维混凝土配合比如表 2 所示。表 2试验混凝土配合比以及拌合物配比Tab 2Test concrete mix proportion and mixture ratio项目不添加纤维添加网状聚丙烯纤维聚丙烯纤维/%00 05/0 10/0 15水泥(kgm3)320320粉煤灰(kgm3)5555水(kgm3)136136减水剂(kgm3)2 242 24人工中粗砂(kgm3)712712小石(kgm3)136136中石(kgm3)5705701 2试件制备将骨料与三分之一的水加入到强制式搅拌机中，进行 3 min 搅拌，之后添加余下的水、水泥，继续搅拌 3 min，搅拌完成后缓慢撒入纤维8-10，在此时尽量保证纤维均匀撒在材料中，撒完纤维后，开始3 5 min的搅拌，使纤维疏散效果更好11;当搅拌完成后静置 2 h，取出后分别制备尺寸为 10 cm 10 cm 30 cm 的试件，分别制备材料，得到试件 1，不添加聚丙烯纤维混凝土;试件 2，添加 0 05%网状聚丙烯纤维混凝土;试件 3，添加 0 10%网状聚丙烯纤维混凝土;试件 4，添加 0 15%网状聚丙烯纤维混凝土。1 3试验过程1 3 1聚丙烯纤维混凝土抗压、抗折与抗剪强度分析按照 GBJ 811985 标准测试试件抗压性能;并按照 CECS 13:89 标准，利用双面直接剪切法验证试件抗剪性能，对 4 种试件分别进行不同龄期的试验。1 3 2聚丙烯纤维混凝土塑性收缩能力分析选取未添加聚丙烯纤维的试件 1 与添加聚丙烯纤维含量 0 10%的试件 3 进行试验分析，将试件放置在周边具有约束的板型装置中，模拟混凝土现实工程环境12-13，利用风扇进行强行干燥试验，分析不同龄期下的混凝土塑性收缩情况。1 3 3聚丙烯纤维混凝土拉伸性能分析选取混凝土拉伸试验机进行试件拉伸试验，该试验机最大荷载为 3 000 kN。将试件放置在拉伸试验机中，通过计算机控制加载，进行加载时观察试件裂缝变化。通过以下计算方式分析混凝土试件裂缝扩展规律，以此分析试件拉伸性能。假设 为试件拉伸时的总变形量，则该变形量可通过公式计算:=e+o+w(1)式中:相对裂缝扩展宽度用 w 表示;位于变形曲线上的断裂区外的弹性变形以及剩余变形依次用e、o表示，且二者可公式计算:e=pEtl，o=p+e(2)式中:峰值应力为 p，与其相应的变形为 p;弹性模量用 Et表示;试件长度为 l，该长度与相对裂缝宽展阔度 w 不存在关联;当处于最大荷载值之前，不存在宏观裂缝。对此，采用公式计算相对裂缝扩展宽度:w=e o(3)通过式(3)即可求得相对裂缝扩展宽度。同时，本文利用回归方法计算相对裂缝扩展宽度与相对拉伸应力之间关系:97材料科技应用=ft1 expwwfn(4)式中:wf为最大缝宽;材料参数依次用、表示，这些参数与纤维掺量有关;ft为混凝土拉伸强度。通过上述计算，即能够获取混凝土试件相对裂缝宽度与相对轴向拉伸应力之间的关系。1 3 4聚丙烯纤维混凝土耐高温性能分析对不同试件依次进行高温试验，试验过程采用高温箱式电阻炉，当温度位于400 以下时，升温速率保持在10 /min;当温度处于400 800 时，升温速率保持在 5 /min，达到目标温度后，进行 2 h保温处理，之后停止加热。当试件冷却后，取出对其进行外表观察试验以及性能测试。1 3 5聚丙烯纤维混凝土抗渗性分析选取抗渗试验机对试件进行加压试验，采用对试件施加水压力的方法，分析混凝土试件的抗渗性能。将试件装入抗渗仪中，在初始试验时，将水压调整为 0 6 MPa;之后每隔 8 h 提升 0 1 MPa，之后观测试件表面渗水情况。1 3 6聚丙烯纤维混凝土塌落度分析混凝土的流动性是能够评价其性能的关键指标之一14-15。本文采用塌落度试验方法，对不同试件进行龄期为 28 d 的试验观察。2试验分析2 1聚丙烯纤维对混凝土抗压、抗折与抗剪强度的影响分析 28 d 龄期内不同试件的抗压、抗折与抗剪强度，分析结果如图 1 所示。(a)不同试件抗压强度分析(b)不同试件抗折强度分析(c)不同试件抗剪强度分析图 1聚丙烯纤维对不同试件的性能影响Fig 1Effect of polypropylene fiber on propertiesof different specimens从图 1(a)可以看出，在试验初期，各试件的抗压强度较低，当龄期达到 16 d 时，全部试件抗压强度达到最高，当龄期处于 28 d 时，抗压强度均有所下降;其中，添加聚丙烯纤维后的试件抗压强度均得到提高，当添加聚丙烯纤维含量为 0 10%时的试件性能最佳。从图 1(b)、(c)还可看出，在试验不断进行过程中，试件的抗剪、抗折强度均保持下降趋势，未添加聚丙烯纤维的试件 1 抗剪、抗压能力均较差，由此说明，添加聚丙烯纤维能够有效改善试件稳定性，且添加 0 10%含量聚丙烯纤维的试件抗压、抗折和抗剪能力最佳。2 2聚丙烯纤维对混凝土塑性收缩的影响分析未添加聚丙烯纤维的混凝土试件与添加聚丙烯纤维含量 0 10%的混凝土试件塑性收缩情况，分析结果如图 2 所示。(a)未添加聚丙烯纤维的混凝土试件(b)添加聚丙烯纤维 0 10%的混凝土试件图 2混凝土塑性收缩性能变化Fig 2Change of plastic shrinkage p